Beta 1


Title Energioptimering af tørreproces
Author Hasselriis, Maria
Supervisor Elmegaard, Brian (Termiske Energisystemer, Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Frieche, Rasmus (Brødrene Hartmann A/S)
Institution Technical University of Denmark, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark
Thesis level Master's thesis
Year 2007
Abstract Climatic changes, security of supply and rising energy prices are all factors that today should result in energy efficiency improvements [ENS, side 40]. The Danish industry business including Brdr. Hartmann A/S is no exception. Brdr. Hartmann A/S is a company, who is producing moulded products such as egg trays. Hartmann wishes however to bring down their energy consumption, by which their green profile is strengthen concurrently with a cost reduction. A way, on which this can happen, is through an energy optimization of their kilns. The kilns were responsible for 84 % of Hartmann’s total energy consumption in year 2000, why an effort concerning the kilns is obvious [DEA et al., side 7]. The direct fired kiln at production line MM10 in Tønder were chosen as case, given that Hartmann worldwide has most direct fired kilns [JHF-1]. During the main part of the drying process of the moulded products it is the parameters of the drying medium (air), especially its temperature, mass flow and humidity, which dominate and control the drying process [Haghi, side 16]. For this reason this energy optimization will focus on an investigation of a possible optimal interaction of these three mentioned variables. In addition it is desired to determine the optimal air flow distribution and flow direction together with how significant the drying process and its costs are influenced by this. As a tool for this purpose stationary mathematical models have been developed, which have been validated and verified with measured data and theory. From the models the optimal operation point for the drying medium was determined. With the current humidity for the drying medium Hartmann should increase the mass flow of the drying medium and lower the temperature. In this way the costs for the drying process will decrease. If the humidity of the drying medium has increased, the optimal operation point will instead be at a significant lower mass flow than the aforementioned optimal mass flow with an appertaining temperature of the drying medium. Since the optimal operation point is clearly dependent on the humidity of the drying medium, a continuing adjustment of the aforementioned variables is necessary in achieving optimal operation. This is a result of the variations in the humidity of the fresh air during the year. Through variations of the flow distribution of the air at the inlet of the kiln it became clear, that the most optimal flow distribution is the uniform distribution. By modelling that the drying medium mostly flows directly from its entry to the discharge end it was observed that the present flow distribution in the kiln at production line MM10 is definitely not uniform - despite Hartmann’s attempt. The cost for the modelled non-uniform flow distribution was 50 % larger as it was for the modelled uniform flow distribution. Therefore Hartmann should really make another effort to obtain uniform flow distribution in all of their kilns, given that there here is a very big potential for saving energy and therefore money. Because of the false air from the product in- and outlet there is a difference in reversing the flow direction of the drying medium and of the products. From the analysis of the differences between reversing the flow direction of the drying medium and the products it was determined that the influence from the false air on the drying process and perhaps also the flow distribution would disappear when reversing the flow direction of the drying medium. The false air would however have almost the same negative influence on Side 3 the drying process and perhaps also the flow distribution as with parallel flow if the flow direction of the products was reversed.
Abstract Klimaforandringer, forsyningssikkerhed og stigende energipriser er alle faktorer som i dag bør medføre energieffektiviseringer [ENS, side 40]. Den danske industribranche herunder Brdr. Hartmann A/S er ingen undtagelse. Brdr. Hartmann A/S er en virksomhed, der producerer støbepapprodukter som for eksempel æggebakker. Hartmann ønsker dog at nedsætte deres energiforbrug, hvorved deres grønne profil styrkes samtidig med, at omkostningerne reduceres. En måde, hvorpå dette kan lade sig gøre, er gennem en energioptimering af deres tørreovne. Tørreovnene stod for 84 % af Hartmanns totale energiforbrug i år 2000, hvorfor en indsats omkring tørreovnene er oplagt [DEA et al., side 7]. Den direkte fyrede tørreovn på linje MM10 i Tønder blev valgt som udgangspunkt, idet Hartmann på verdensplan har flest direkte fyrede tørreovne [JHF-1]. Under størstedelen af tørreprocessen af støbepapprodukterne er det tørremediets (luftens) parametre, særlig dets temperatur, massestrøm og fugtighed, der dominerer og styrer tørreprocessen [Haghi, side 16]. Derfor vil denne energioptimering sætte fokus på en undersøgelse af et eventuelt optimalt samspil mellem disse tre nævnte variable. Desuden ønskes det at bestemme den optimale luftfordeling og strømretning, samt hvor stor betydning disse har for tørreprocessen og dens omkostning. Som redskab hertil er der udviklet stationære simuleringsmodeller, der er valideret og verificeret med henholdsvis måledata og teori. Fra simuleringsresultaterne blev det optimale driftspunkt for tørremediet bestemt. Med den nuværende anvendte fugtighed af tørremediet bør Hartmann kraftigt øge massestrømmen af tørremediet og sænke temperaturen. Herved vil omkostningen til tørreprocessen falde. Hvis fugtigheden af tørremediet derimod er steget, vil det optimale driftspunkt i stedet ligge ved en væsentlig lavere massestrøm end den føromtalte optimale med en dertilhørende temperatur af tørremediet. Da det optimale driftspunkt er tydeligt afhængig af tørremediets fugtighed, vil en løbende justering af de føromtalte parametre være nødvendig for at opnå optimal drift, idet fugtigheden af den friske luft varierer i løbet af året. Gennem variationer af luftfordelingen i indløbet til tørreovnen blev det tydeliggjort, at den mest optimale luftfordeling er den uniforme. Ved at simulere at tørremediet mest strømmer direkte fra dets indløb til dets udløb blev det påvist, at den nuværende luftfordeling i ovnen på linje MM10 bestemt ikke er uniform trods Hartmanns forsøg derpå. Omkostningen for den simulerede ikke uniforme luftfordeling var 50 % større end omkostningen ved den simulerede uniforme luftfordeling. Derfor bør Hartmann virkelig gøre endnu et forsøg for at opnå uniform luftfordeling i alle deres tørreovne, idet besparelsespotentialet hertil er meget stort. På grund af den falske luft fra ind- og udgangen til produkterne er der forskel på at ændre strømretningen for tørremediet og for produkterne. Ud fra analysen af forskellene mellem at vende strømretningen for tørremediet og produkterne viste det sig, at påvirkningen fra den falske luft på selve tørreprocessen og eventuelt luftfordelingen vil forsvinde, idet strømretningen for tørremediet vendes. Den falske luft vil derimod have stort set den samme negative indflydelse på tørreprocessen og eventuelt luftfordelingen som ved medstrømning, hvis strømretningen for produkterne vendes.
Imprint Technical University of Denmark (DTU) : Kgs. Lyngby, Denmark
Admin Creation date: 2009-11-05    Update date: 2010-10-28    Source: dtu    ID: 252028    Original MXD